聚氨酯相变储能材料的合成及结晶动力学研究

摘要

聚氨酯相变储能材料(PUPCMs)因不同的软、硬段种类及含量导致物理性能有一定的差异。本文以聚乙二醇(PEG)和聚己二酸己二醇酯(PAA)为基础分别制备出不同软、硬段种类和含量的一系列聚氨酯固一固相变储能材料，分析聚氨酯相变材料的热学性能和力学性能的影响因数，围绕聚氨酯相变材料开展结晶动力学的研究工作。
　　 本研究主要内容包括：⑴以PEG和PAA为软段合成聚氨酯相变材料，探索PAA合成聚氨酯相变材料的合成条件及工艺。实验发现以PEG为原料合成的聚氨酯相变材料相变热焓较大，但以PAA为原料合成的聚氨酯材料分解温度高，热稳定性好，相变温度范围窄；PEG和以PEG为原料合成的聚氨酯相变材料都是球晶，但PEG形成的球晶较大。⑵研究发现，与PAA型聚氨酯相变材料相比，PEG型聚氨酯相变材料的抗拉伸能力较弱；同时异氰酸酯的种类对聚氨酯相变材料的力学性能有一定的影响，相比而言扩链剂决定的材料的交联密度，因此对材料的力学性能和固一固特性影响明显。⑶在动态力学性能(DMA)测试的温度范围内，升温速率对材料的结晶性能和力学性能影响较小，不同升温速率下的弹性模量和损耗因子随温度的变化曲线的趋势一致。⑷对聚氨酯相变材料的等温结晶过程研究表明随着结晶温度的升高结晶峰变宽，结晶的热流量曲线越平坦，当结晶温度选择在30℃时结晶完成大约需要200s～400s；等温结晶过程与Avrami方程符合较好，Avrami指数大约为3，因此聚氨酯材料的晶体生长是三维异相成核生长；非等温结晶动力学过程与Ozawa方程符合较好，lg[F(T)]和T成很好的线性关系。